机器人的组成系统

一．工业机器人组成系统

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括腰部、肩部、肘部和手腕部，其中手腕部有3个运动自由度。驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。

工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。

几个问题：

（1）巨轮机器人JLRB20KG机器人是点位型还是连续轨迹型？

（2）能不能编写一个简单程序，使机器人能够的末端能够走一个圆？

（3）能不能控制机器人中每一个电机的输出功率或扭矩？

（4）机器人每一个关节从驱动电机到执行机构的传递效率有没有？

二．工业机器人的主体

机器人本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。机器人采用电机驱动，电机分为步进电机或直流伺服电机。直流伺服电机能构成闭环控制、精度高、额定转速高、但价格较高，而步进电机驱动具有成本低、控制系统简单。

各部件组成和功能描述如下：

（1）基座：基座是机器人的基础部分，起支撑作用。整个执行机构和驱动装置都安装在基座。

（2）腰部：腰部是机器人手臂的支撑部分，腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架、谐波减速器、制动器和步进电机等。

（3）大臂：大臂和传动部件

（4）小臂：小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小臂前端固定驱动手腕三个运

动的步进电机。

（5）手腕部件：手腕壳体、传动齿轮和传动轴、机械接口等。

（6）末端执行器：根据抓取物体的形状、材质等选择合理的结构。

目前，在工业机器人中广泛采用的机械传动单元是减速器，与通用减速器相比，机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。常用的减速器主要有：RV减速器和谐波减速器。RV减速器一般用在腰关节、肩关节和肘关节等重载位置处，而谐波减速器用于手腕的三个关节等轻载位置处。

（1）谐波减速器

谐波减速器由固定的刚性齿轮、一个工作时可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮和一个装在柔轮部、呈椭圆形、外圈带有柔性滚动轴承的波发生器等3个基本构件组成。当波发生器转入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变为椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开，周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。

（2）RV减速器

与谐波减速器相比，RV减速器具有较高的疲劳强度和刚度以及较长的寿命，而且回差精度稳定，不想谐波传动，随着使用时间的增长，运动精度就会显著降低，故高精度机器人传动多采用RV减速器，且有逐渐取代谐波减速器的趋势。RV减速器是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构组成，是一封闭差动轮系。

目前，在工业机器人中常用的驱动电机是交流伺服电机。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。交流伺服电机具有较强的过载能力，具有速度过载和转矩过载能力，其最大转矩可达额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。电机的输出扭矩与功率的关系：

T = 9550 P / n 。T，扭矩，Nm；P，功率，KW；n，转速，r/min；9550是系数。

扭矩、功率、转速之间，有关系。

三．工业机器人的示教器

示教器也称示教编程器或示教盒，主要由液晶屏幕和操作按键组成，可由操作者手持移动。它是机器人的人机交互接口，机器人的所有操作基本上都是通过示教器完成的，如点动

机器人，编写、测试和运行机器人程序，设定、查阅机器人状态设置和位置等。

四．工业机器人的技术指标

机器人的技术指标反映了机器人的适用围和工作性能，是选择、使用机器人必须考虑的问题。

（1）最大负载：作用于机器人手腕末端，且不会使机器人性能降低的最大载荷

（2）定位精度：又称绝对定位精度，是指机器人末端执行器实际到达位置与目标位置之间的差异。

（3）重复定位精度：指机器人重复到达某一目标位置的差异程度；或在相同的位置指令下，机器人连续重复若干次其位置的分散情况。一般而言，工业机器人的

绝对定位精度要比重复定位精度低一到两个数量级，其原因是未考虑机器人本

体的制造误差、工件加工误差及工件定位误差情况下使用机器人的运动学模型

来确定机器人末端执行器的位置。

（4）最大工作速度。在各轴联动情况下，机器人手腕中心所能达到的最大线速度。

最大工作速度越高，生产效率就越高。

五．工业机器人的控制系统

机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定动作或作业任务的装置。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。其基本功能如下：

（1）示教功能。分为在线示教和离线示教两种方式。

（2）记忆功能。存储作业顺序、运动路径和方式及与生产工艺有关的信息等。

（3）与外围设备联系功能。包括输入/输出接口、通信接口、网络接口等。

（4）传感器接口。位置检测、视觉、触觉、力觉等。

（5）故障诊断安全保护功能。运行时的状态监视、故障状态下的安全保护和自诊断。

其关键技术包括：

（1）开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示

教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人

控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、